DE2047976A1

DE2047976A1 - Elektrostatische Gasreinigung

Info

Publication number: DE2047976A1
Application number: DE19702047976
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-30
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1971-04-08
Also published as: FI55453B; NL7014387A; NO129664B; CA940838A; GB1331466A; FI55453C; US3807137A; CH514357A; AT312748B; SE354199B

Description

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Dag Rornell 29· deptembe:¹ 197G

30, Tarnavägen

223 62 Lund/Sohweden

Elektrostatische Gasreinigung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasreinigung, bei dem die aus dem Gas zu entfernenden Staubpartikel elektrisch aufgeladen werden und das Gas dann durch einen Elektrofilter geführt wird, in dem die Entfernung der aufgeladenen Stäubpartikel aus dem Gas vorgenommen wird, sowie eine Vorrichtung | zur Durchführung das Verfahrens.

Es sind Gasreiniger der verschiedensten Art bekannt, In denen der im Gas enthaltene Staub von dem Gas abgetrennt wird. Hierbei findet vielfach die sogenannte Naßreinigung Verwendung, bei der das verunreinigte Gas in einen engen Kontakt mit einer Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, gebracht wird, während zur Verbesserung der Verteilung zwischen V/asser und Flüssigkeit die aktive Oberfläche der Flüssigkeit durch Einspritzen der Flüssigkeit in den Gasstrom in Form von Strahlen oder Sprühvorhängen verbessert wird. Durch dieses Einspritzen wird die Flüssigkeit bis zur feinsten Tröpfchenform verteilt.

WeLter sind Elektrofilter zur Niederschlagung von Staub aus Gasen bekannt, in denen die Staubpartikel aus dem Gas mittels elektrischer Kräfte entfernt werden, nachdem sie durch Hochspannung beispielsweise durch Sprühentladung unter Ausnutzung des Koronaeffekts aufgeladen worden sind.

Schließlich sind Kombinationen von Naßreinigern und Elektrofiltern bekannt, in denen das zu reinigende Gas mit Flüssigkeit in Tropfohenform In Kontakt gebracht wird, die ein

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hohes elektrisches Potential besitzen.

Wenn heiße Gase mittels Elektrofiltern gereinigt werden, besteht oftmals die Notwendigkeit, die Temperatur der Gase vor ihrer Einführung in den Wascher oder Filter zu erniedrigen. Diese Abkühlung wird durch Zumischen von kalter Luft oder durch Einsprühen einer Kühlflüssigkeit, meistens Wasser, in Form von Tröpfchen, durchgeführt.

Die vorliegende Erfindung nutzt die Anwendung des Einspritzeffekts von Flüssigkeit in Tropfenform in ein von Staubpartikeln zu reinigendes Gas zur Übertragung einer elektrischen Ladung auf die Staubpartikel aus, um die Trennung der Staubpartikel in dem nachfolgenden Elektrofilter zu erleichtern. Erfindungsgemäß wird zur elektrischen Aufladung der Staubpartikel eine unter den Zustandbedingungen des Gases verdampfende Flüssigkeit in Tröpfchenform in den Gasstrom vor dem Elektrofilter eingesprüht, werden die elektrisch aufgeladenen FlUsslgkeitströpfchen vor dem Eintritt des Gasstromes in den Elektrofilter einer Verdampfung ausgesetzt, um eine Übertragung ihrer Ladung auf die Staubpartikel zu bewirken und wird danach das Gas durch den Elektrofilter geführt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung besitzt ein vorzugsweise rohrförmiges Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß für das zu reinigende Gas aufweist, einen auslaß-seitig in dem Gehäuse angeordneten Elektrofilter und eine einlaßseitig in dem Gehäuse angeordnete Einrichtung zur Aufladung der Staubpartikel und ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufladung aus einer Elektrode und einer Sprühvorrichtung für die Flüssigkeit besteht, die derart zueinander angeordnet sind, daß nach Auf lösung der Flüssigkeit au Tropföhen diese ein elektrieehee Feld passieren.

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Be j cl". Anwendung der ^"indune· iifferf.ert ci-i '"i-nrtr bzw. das Aufbringen einer Ladung auf die aus dem Gas zu entfernenden Staubpartikel in so weit von den üblichen Verfahren zur Aufladung der Staubteilchen mittels des Koronaeffekts an Elektroden, die unter Hochspannung stehen, als die von dem Gas getragenen Staubpartikel aufgeladen werden durch die Übertragung der Ladung von aufgeladenen Tröpfchen einer Flüssigkeit, die dem Gas zugemischt wird, wobei die elektrische Ladung der Tröpfchen frei wird und übertragen wird auf die Staubteilchen bei der Verdampfung der Flüssigkeitströpfchen in dem Gas und der damit verbundenen | Abnahme ihrer Größe.

Die Erfindung kann ebenfalls verwendet werden, wenn eine" Erfordernis für die Abkühlung des Gases nicht besteht, obwohl eine Abkühlung als solche zulässig ist. Die Erfindung kann auch für die Verwendung von vergleichsweise kalten Gasen verwendet werden, obwohl hierfür geringfügige Änderungen erforderlich sind dadurch, daß z.B. die verwendete Flüssigkeit auf eine Temperatur oberhalb des Verdampfungspunkts bei dem vorliegenden Druok des zu reinigenden Gases erhitzt wird, bevor sie in das Gas eingesprüht wird und bevor sie elektrisch aufgeladen wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Gas und die aufgeladenen Flüssigkeits- " tröpfchen in dem Gas innerhalb einer Heizzone aufzuheizen, die zwischen der Einspritzstelle der aufgeladenen Flüssigkeit und dem Elektrofilter liegt.

Es ist zu betonen, daß das erfindungsgemäße Einsprühen von

aufgeladenen Tröpfchen einer Flüssigkeit, die unter den herrsehenden Bedingungen verdampft, nicht zu verwechseln 1st mit dem Einspritzen τοη aufgeladenen Tröpfchen zum Zwecke einer Trennung von ebenfalls mit Ladung versehenen Staub-

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partikelchen von dem Gas, sondern daß bei der Erfindung den Staubteilchen eine Ladung übermittelt wird, die eine der der Tröpfchen entsprechende Polarität besitzt, deren Ladungen nämlich auf die Staubpartikel übertragen werden, während in einem Gasreiniger des Standes der Technik, in dem aufgeladene Tröpfchen einer Waschflüssigkeit verwendet werden, um die Staubpartikelchen zu benetzen und somit aufzunehmen, unabhängig davon ob diese ebenfalls aufgeladen sind oder nicht, den Tröpfchen der Waschflüssigkeit und den Staubteilchen solche Polaritäten gegeben werden müssen, daß Anziehungskräfte zwischen ihnen vorhanden sind.

Prinzipiell werden bei Anwendung der Erfindung die Tröpfchen der verdampfungsfähigen Flüssigkeit, die in das Gas eingesprüht wird, mit einer elektrischen Aufladung versehen, die vorzugsweise so hoch ist, daß die Oberflächenladungsdichte der Tröpfchen direkt nach der Aufladung einer elektrischen Feldstärke in dem Gas neben der Oberfläche der Tröpfchen entspricht, die gleich oder im wesentlichen gleich der kritischen Feldstärke (brakedown field strength) ist. Bei einem normalen Druck beträgt diese Feldstärke in Luft etwa 30 liv /cm. Die Aufladung der Tröpfchen kann als solche mit den üblichen für diesen Zweck bekannten Mitteln vorgenommen werden, beispielsweise durch die Anordnung von Influenz-Elektroden, die an eine hohe Spannung angeschlossen sind und um Düsen zur Einspritzung von der Verdampfungsfähig&n Flüssigkeit herumgelegt sind. Wie bekannt ist, hat die Wirksamkeit des angewandten Verfahrens zum Aufbringen einer Ladung auf Isolierkörper, im vorliegenden Fall die Tröpfchen, durch Influenz ein Maximum in der Nähe der kritischen Spannung (brakedown voltage) des den Körper umgebenden Mediums, wobei die Leistung bei höheren Spannungen an den Influenz-Elektroden aufgrund des Korona-Entladungsverlustes sich verringert.

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Werden heiße Gase der erfindungsgemäßen Reinigung zugeführt, so werden die aufgeladenen Plüssigkeitströpfchen von dem zu reinigenden Gas mitgenommen und verdampfen auf ihrem Weg an ihrer Oberfläche. Auf diese Weise verringert sich das Volumen der Tröpfchen sukzessive und schließlich können die Tröpfchen sogar vollständig sich auflösen. Aufgrund der Tatsache, daß die elektrische Oberflächenladungsdichte einen Wert nicht wesentlich übersteigen kann, für den die Feldstärke neben einem Tröpfchen der kritischen Feldstärke entspricht, ohne daß eine Entladung in das umgebende Gas stattfindet, geben die Tröpfchen elektrische Ladung in Form von Elektronen und/oder Ionen ab, was Ursache der Aufladung der Staubpartikel ist, die in dem Gas vorhanden sind.

Damit kann die dem Gas zugeführte Gesamtelektrizttätsmenge sehr groß gehalten werden und als Folge davon ist die Ionisierung des Gases entsprechend hoch. In der Praxis bedeutet das, daß das Gas sofort dem Staubsammelbereich eines Elektrofilter bekannter Art zugeführt werden kann.

Auf diese Weise ist es durch die Erfindung möglich, die normalerweise in Elektrofiltern notwendigen Korona-Sprühelektroden zur Aufladung der Staubpartikel über die Ionisieruni | des Gases wegzulassen, was Vorteile sowohl für Tocken- als auch für Naßelektrofliter hat. In einem Üblichen Elektrofilter des einen oder anderen Typs ist der in dem Filter gesammelte Staub nicht nur von den Staubsammelelektroden des Filters zu entfernen, was in den Naßfiltern kontinuierlich geschieht, sondern auch von den Ionisierungselektroden, die von dem Staub bedeckt werden aufgrund des extremen inhomogenen Feldes, das in der Umgebung der Korona-EntlEdungsdlektroden des Filters herrscht, und aufgrund der

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Induzierten doppelpollgen Ladungen, die die Abstoßung des Staube aufgrund der Couloifljp¹ sehen Kräfte überdecken. Derartige Einflüsse werden bei Anwendung der Erfindung vermieden.

Die Notwendigkeit, in den bekannten Elektrofilteranlagen Korona-Entladungselektroden zu verwenden, um die Ionisierung für die Aufladung der Staubteilchen vorzunehmen, beinhaltet unter Umständen eine Beschränkung, namentlich bezüglich der höchstzulässigen Oasgeschwindigkeit in dem Apparat. Der Aufladungsvorgang in einer Korona erfordert eine bestimmte Zeit und folglich darf die Gasgeschwindigkeit nicht so hoch sein, daß die Verweilzeit der Partikel in der Korona zu kurz ist, als daß eine genügend hohe Aufladung auf einen Wert erfolgt ist, der eine befriedigende Abtrennung des Staubes in dem folgenden Filter gewährleistet. Diese nachteilige Beschränkung bei der Durchführung der Oasreinigung wird durch die Erfindung beseitigt.

Die Forderung nach elektrischer Hochspannungskraft ist in einem Oasreiniger gemäß der Erfindung wesentlich im Vergleich zu den üblichen Elektrofiltern vermindert, dadurch, daß die den aus Tröpfchen bestehenden Flüssigkeitsstrahl aufladenden Influenzelektroden nicht als grundsätzliches Prinzip einer Stromzuftihr erfordern, sondern nur eine Bereitstellung von Spannung. Die elektrische Energie des Flüssigkeitsstrahls und erzeugt in dem Flüssigkeitsstrahl rührt von seiner kinetischen Energie her, die zum Teil in elektrostatische Energie umgewandelt wird. Mit einer geeigneten Dimensionierung und Ausgestaltung der Einrichtung zur Versprühung des Strahls und Elektroden zur Aufladung der Tröpfchen ist eine hohe Wirksamkeit des Energieübertragungsvorgangs erhältlich. Die Dimensionierung als solche 1st mit den Mitteln des Standes der Technik ohne weiteres bestimmbar.

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Der Bereich des Gasreinigers, in dem die Staubpartikelchen von dem Gas abgetrennt werden, kann Jede zweckmäßige Ausgestaltung besitzen, beispielsweise mit aufgeladenen Platten, trocken oder naß, zur Sammlung des Staubs oder derart, daß aufgeladene PlUssigkeitströpfchen zur Sammlung der Staubpartikel benutzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben werden, in welcher ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der zugehörigen Zeichnung I

ein Gehäuse bezeichnet, durch welches der Strom des zu reinigenden Gases geleitet wird. In das GeMuse 1 sind die einzelnen Komponenten des Gasreinigers eingezeichnet, die zum Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind. Als solche gehören die in^elteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Stande der achnik, weshalb eine detaillierte Beschreibung zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig ist und daher nicht gegeben wird.

Mit dem Bezugszeichen 2 ist in der Zeichnung der Einlaß der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezeichnet, durch den Gas in den Apparat in Pfeilrichtung eingeführt wird und |

auf Sprühstrahlen 3 von Tröpfchen einer Flüssigkeit trifft, die unter den in der Vorrichtung vorliegenden Bedingungen verdampfungsfähig ist. Die Sprühstrahlen werden mittels Düsen 4 in der Gasreinigungsvorrichtung hergestellt, welche an eine LEitung 5 angeschlossen sind,die unter Druck stehende Flüssigkeit führt. Die Sprühstrahlen 5 sind, wie aus der Zeichnung hervorgeht, in Gegenstromrichtung bezüglich des Gasstromes gerichtet, um derart die Verweilzeit der Tröpfchen in dem Gas ein wenig zu steigern, bevor das Gas einen Staubabtrennungsbereicb der Vorrichtung auf seinem Wege zu einem Auslaß 10 aus der Vorrichtung erreicht.

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Die Sprühstrahlen können jedoch auch jede andere Richtung bezüglich des Gasstromes einnehmen, jedoch sollte zweckmäßigerweise die Tröpfchengröße derart klein sein, daß sie bald nach ihrer Einspritzung in das Gehäuse 1 im wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit wie das Gas annehmen.

Jede Düse 4 ist von einer Influenzelektrode 6 umgeben, die als solche bekannt ist und derart bezüglich des Flüssigkeitssprühstrahls der Düse 4 angeordnet ist, daß dieser bei seiner Auflösung in Tröpfchen einem konzentrierten elektrostatischen Feld einer Stärke und Polarität ausgesetzt ist, welche von dem Potential der Elektroden 6 abhängt. Diese Elektroden sind an eine Hochspannungsquelle ¹J angeschlossen, und zwar vorzugsweise positiv gepolt bezüglich des Gehäuses der Gasreinigungsvorrichtung. Die Flüssigkeitströpfchen, die hinter den Düsen 4 ausgebildet sind, erhalten dann eine negative ' olarität.

Vorzugsweise ist das Potential der Elektroden 6 derart ausgewählt, daß keine oder nur eine unbedeutende Korona-Entladung an den Elektroden stattfindet, wobei die Feldstärke an dem Sprühpunkt der Flüssigkeit jedoch so hoch ist oder nur um einen geringen Wert von der Stärke abweicht, bei der die Koronaentladung unter den herrschenden Bedingungen beginnt. Die durch die Versprühung gebildeten Tröpfchen erhalten dann die höchstmögliche Oberflächenaufladung, namentlich eine Oberflächen-Ladungsdichte einer solchen Höhe, daß das Gas in der unmittelbaren Umgebung der Tröpfchen einem elektrischen Feld aufgesetzt ist, das auf der Aufladung der Tröpfchen beruht und eine Stärke im Bereich von 30 kv/cm besitzt. Dieser Wert führt in normaler Luft unter atmosphärischen Bedingungen zu einem Kurzschluß ¹

Wenn das zu reinigende Gas wie in den meisten Fällen der Praxis vergleichsweise heiß und trocken ist, auf die Sprühstrahlen der aufgeladenen Tröpfchen trifft, beginnen die

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Tröpfchen zu verdampfen. Diese Verdampfung setzt sich auf dem Weg der Tröpfchen in dem GehMuse 1 zusammen mit dem Gas fort. Hierdurch wird die elektrische Ladung der Tröpfchen kontinuierlich mit der Verringerung des Tröpfchenradiusses freigesetzt in Form von Ionen und diese freien Ladungen dann von den Staubpartikeln aufgenommen. Die von dem Gas getragenen Staubpartikel passieren sodann in dem Gehäuse 1 Sammelelektroden 9 eines Elektrofilter*, der Gasreinigungsvörrichtung, an denen sie sich aufgrund der Anziehung niederschlagen. Elektroden 8, die zwischen jeweils zwei Elektroden 9 angeordnet sind und an Erde angeschlossen sind, bilden zusammen mit den Elektroden 9 das elektrische Feld, das die , Ablagerung der geladenen Staubteilchen des Gases in an sich ™ bekannter Weise bewirkt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die Elektroden 9 an dieselbe Spannungsquelle wie in Influenzelektroden 6 angeschlossen, selbstverständlich können die Elektroden 9 jedoch genauso gut mit einer anderen Spannungsquelle betrieben werden.

Das derart gereinigte Gas verläßt sodann den Reinigungsapparat durch den Auslaß 10 in Pfeilrichtung.

Die elektrische Kraft der OberflHchenladung der verdampfenden Tröpfchen ist in dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch den Flüssigkeitsstrom \ mittels mechanischer Ladungstrennung erzeugt, was bedeutet, daß die kinetische Energie der Flüssigkeit in elektrische Energie umgewandelt wird. Unter den beschriebenen Bedingungen beträgt der nachfolgende Ladungstransport, ausgedrückt in den Maßeinheiten des elektrischen Stroms und unter der Voraussetzung, daß der Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen im Bereich von 0,1 mm bei Verlassen der Versprühzone liegt, für einen Flüssigkeitsstrom vom 1 Liter/sek etwa 1,6 mA oder 10 Elementarladungen pro Sekunde. Der größere Teil davon . wird für die Aufladung der Staubpartikel erhalten.

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Soll der Gasreinigungsapparat der Erfindung zur (^Einigung von Gasen verwendet werden« die zu kalt sind, um eine ausreiohende Verdampfung der Flüssigkeitstropfen zu gewährleisten, kann der Apparat selbst, ohne daß von dem Erfindungsgedanken abgewlahen wird, mit Heizmitteln versehen sein, die eine Erwärmung der Flüssigkeitstropfen zur Sicherstellung ihrer Verdampfung vornehmen. Die Heizmittel sind im Bereich zwischen der Versprühung der Flüssigkeit zu Tröpfchen und der Anordnung des Elektrofilter im Gehäuse vorgesehen. Sie sind schenatisch in der zugehörigen Zeichnung durch elektrische Heizelemente 11 angedeutet, die an eine geeignete Stromquelle angeschlossen sind. Da die Heizelemente 11 nur eine Hilfsausrüstung darstellen, die unter seltenen Umständen nur Verwendung findet, 1st die Zeichnung in gestrichelten Linien ausgeführt.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gasreinigung, bei dem die aus dem Gas zu entfernenden Staubpartikel elektrisch aufgeladen werden und das Gas dann durch einen Elektrofilter geführt wird, in dem die Entfernung der aufgeladenen Staubpartikel aus dem Gas vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Aufladung der Staubpartikel eine unter den Zustandsbedingungen der Gase verdampfende Flüssigkeit in Tröpfchenform in den Gasstrom vor dem Elektrofilter eingesprüht wird, daß die elektrisch aufgeladenen Flüs"· gkeitströpfchen vor Eintritt des Gasstromes in den Elektrofilter einer Verdampfung ausgesetzt werden, um ei^ne Übertragung ihrer L· äuns; auf die Staubpartikel zu bewirken, und daß danach as Gas durch den Elektrofilter geführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach "nspruch 1, mit einem, vorzugsweise rohrförmigen Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß für das zu reinigende Gas besitzt, einem auslaßseitig in dem Gehäuse angeordneten λ Elektrofilter unfeiner öinlaßseitig in dem Gehäuse angeordneten Einrichtung zur Aufladung der Staubpartikel, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufladung der Staubpartikel aus einer Elektrode (6) und einer Sprühvorrichtung (4) für die Flüssigkeit besteht, die derart zueinander angeordnet sind, daß nach Auflösung der Flüssigkeit zu Tröpfchen diese ein elektrisches Feld passieren.

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3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektrode (6) ringförmig ist, als Sprühvorrichtung eine Düse (4) vorgesehen ist und die Elektrode (6) um den Austritt der Düse (4) herumgelegt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektroden (6) und Sprühvorrichtungen (4) vorgesehen sind.

5·' Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühvorrichtung bzw. Sprühvorrichtungen (4) in Gegenstromrichtung angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufladung der Staubpartikel (4, 6) zusätzliche eine Heizeinrichtung (il) aufweist, die zwischen der Sprühvorrichtung (4)
und dem Elektrofilter (8, 9) in dem Gehäuse (1) angeordnet 'ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrofilter (8, 9) und die
Einrichtung zur Aufladung der Staubpartikel (4, 6)
aus der gleichen Gleichstromquelle (7) gespeist sind.

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